Tester la symétrie de parité dans les molécules chirales – PSYCHe

L’objectif de ce projet est la première observation de la violation de la parité (VP) dans les molécules chirales. La force nucléaire faible brise la symétrie de parité. Ceci devrait se traduire par une différence d’énergie infime entre les deux énantiomères. Il en résulte, dans leur spectre vibrationnel, des différences de fréquences que nous avons l’intention de mesurer par spectroscopie laser.

Des calculs de chimie théorique prévoient, pour des complexes de métaux lourds, des décalages en fréquence dus à la VP de l’ordre de 1 Hz pour des transitions à 30 THz. Bien que ce niveau de sensibilité représente un défi, il peut être atteint par la technique d’interférométrie de Ramsey à 2 photons sur un jet moléculaire. Plusieurs espèces candidates prometteuses ont été synthétisées à l’état solide. Cependant, notre dispositif de jet moléculaire actuel n’est pas adapté à la mise en phase gazeuse de molécules solides, la fenêtre spectrale de notre spectromètre de précision est trop étroite pour l’étude de la grande variété des molécules d’intérêt et notre sensibilité de détection est trop modeste.

Je propose donc de développer une nouvelle expérience de pointe, spécifiquement conçue pour la spectroscopie vibrationnelle de pécision de nouvelles molécules complexes. Le dispositif combinera un jet moléculaire issu d’une cellule cryogénique dans laquelle les molécules sont refroidies par collisions avec un gaz tampon, un interféromètre de Ramsey à base de lasers à cascade quantique (QCLs, de l’anglais ‘quantum cascade laser’) calibrés sur les standards primaires de fréquence et un nouveau détecteur qui mesurera les populations d’états moléculaires par relaxation de la précession libre sur des transitions rotationnelles. Les jets moléculaires issus d’une cellule cryogénique obtenus après ablation laser de molécules en phase solide présentent des flux parmi les plus élevés à ce jour. L’utilisation de QCLs permet l’étude de n’importe quelle espèce ayant des raies d’absorption entre 10 et 100 THz.

Une mesure réussie de la VP pourra aider à éclaircir la question des origines de l’homochiralité biologique. Elle constituera également un test du modèle standard et pourrait aider à sonder la physique au-delà du modèle standard. Les développements technologiques proposés permettront l’étude de molécules complexes polyatomiques à un niveau de précision encore jamais atteint, avec un éventail d’applications à d’autres tests de physique fondamentale, à la physique de l’atmosphère, des planètes ou du milieu interstellaire, à la chimie, la biologie, mais aussi au diagnostic médical ou industriel.